材料變形量對(duì)反應(yīng)合成AgSnO2材料電接觸性能的影響

劉方方

(廣東科技學(xué)院機(jī)電工程系,廣東東莞 523083)

材料變形量對(duì)反應(yīng)合成AgSnO2材料電接觸性能的影響

劉方方

(廣東科技學(xué)院機(jī)電工程系,廣東東莞 523083)

本文研究的是材料變形量對(duì)反應(yīng)合成AgSnO2材料轉(zhuǎn)移的影響。通過(guò)對(duì)真應(yīng)變分別為ε1=6、ε2=12、ε3=18的AgSnO2材料在直流、阻性負(fù)載條件下的電接觸性能進(jìn)行了比較,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)應(yīng)真應(yīng)變?chǔ)?=18的AgSnO2材料的材料轉(zhuǎn)移量更小,表現(xiàn)出了更好的抗電弧侵蝕性能。

AgSnO2電接觸材料 反應(yīng)合成 電弧侵蝕性能 材料變形量

在開(kāi)關(guān)電器中，電觸頭直接承擔(dān)分?jǐn)嗪徒油娐凡⒊休d正常工作電流或在一定的時(shí)間內(nèi)承載過(guò)載電流的功能[1]。AgSnO2電接觸材料作為最具有應(yīng)用前景的電接觸材料而備受關(guān)注，作為開(kāi)關(guān)電器中承擔(dān)接通和分?jǐn)嚯娐返脑?，它?duì)開(kāi)關(guān)電器的安全運(yùn)行起決定性作用。因此研究AgSnO2材料的電接觸性能非常重要。

AgSnO2觸頭材料的制備方法主要有內(nèi)氧化法、粉末冶金法、化學(xué)共沉淀法、反應(yīng)合成法[2]和高能球磨法等。其中，由昆明理工大學(xué)的陳敬超等人成功的用反應(yīng)合成法所制備的Ag/SnO2電接觸材料中，能夠使銀基體中合成尺寸細(xì)小、界面新鮮的SnO2顆粒，由于改變了Ag、SnO2的結(jié)合狀態(tài)使材料的加工性能和抗熔蝕性能同時(shí)得到改善和提高[3]。在一對(duì)AgSnO2觸點(diǎn)在電弧侵蝕作用過(guò)程中，其中一個(gè)觸頭的材料耗損會(huì)部分脫離本體散失于周?chē)臻g，部分沉積到另一個(gè)觸頭的表面即發(fā)生所謂的材料轉(zhuǎn)移。本文研究的就是材料變形量對(duì)反應(yīng)合成AgSnO2材料的影響作用。

圖1 真應(yīng)變?chǔ)?=6的AgSnO2的材料轉(zhuǎn)移

圖2 真應(yīng)變?chǔ)?=12的AgSnO2的材料轉(zhuǎn)移

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料制備

本實(shí)驗(yàn)采用實(shí)驗(yàn)樣品為反應(yīng)合成技術(shù)制備的AgSnO2電觸點(diǎn)材料。具體制備方法是：以Ag粉、AgSn合金粉、氧化劑為原料，經(jīng)過(guò)充分混合后裝填在塑膠模具中，在冷等靜壓機(jī)中以壓力1 5 0～250MPa，時(shí)間5～25min為條件，成形為Ф30mm的素坯。素坯在真空反應(yīng)合成燒結(jié)爐中，經(jīng)過(guò)350～850℃、4～8h燒結(jié)成SnO2含量為10%的AgSnO2復(fù)合材料錠坯，再將擠壓錠坯在溫度為650～850℃、壓力為1000～1200MPa的條件下擠壓成線(xiàn)坯，經(jīng)拉拔成Ф1.35mm絲材。經(jīng)不同的材料變形量分別得到真應(yīng)變分別為ε1=6、ε2=12、ε3=18的絲材。用YFC－16冷墩復(fù)合觸點(diǎn)機(jī)設(shè)備制備得到AgSnO2/Cu復(fù)合觸點(diǎn)樣品。AgSnO2/Cu復(fù)合觸點(diǎn)的外形尺寸分別為：Φ3.0×0.8R＋Φ1.5×1.6(圓點(diǎn))；Φ3.0×0.8R＋Φ1.5×1.7(平點(diǎn))。

1.2 電接觸實(shí)驗(yàn)

電接觸實(shí)驗(yàn)參數(shù)是：直流、阻性負(fù)載，電壓18V，對(duì)應(yīng)電流分別為5A、10A、16A、20A、25A、30A；閉合力80cN，頻率1HZ，觸點(diǎn)間距1.30mm，實(shí)驗(yàn)次數(shù)：10000次。

圖3 真應(yīng)變?chǔ)?=17.6的AgSnO2的材料轉(zhuǎn)移

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論

根據(jù)直流、阻性負(fù)載、電壓18V條件下的電接觸實(shí)驗(yàn)結(jié)果，制作出真應(yīng)變分別為ε1=6、ε2=12、ε3=18的反應(yīng)合成AgSnO2材料的轉(zhuǎn)移量隨電流條件的變化而發(fā)生的相應(yīng)變化示意圖，如圖1、2、3所示。

由圖1可見(jiàn)，對(duì)應(yīng)真應(yīng)變?chǔ)?=6的反應(yīng)合成AgSnO2材料在一定的電流條件(＜25A)下工作時(shí)材料轉(zhuǎn)移量較小(＜100ng/次)，這表明反應(yīng)合成技術(shù)制備的AgSnO2材料的抗電弧侵蝕性能良好；AgSnO2材料的材料轉(zhuǎn)移方式轉(zhuǎn)變的臨界電流值為20.5A，當(dāng)電流條件＜20.5A時(shí)，觸點(diǎn)材料在電弧作用下發(fā)生陽(yáng)極轉(zhuǎn)移，當(dāng)電流條件＞20.5A時(shí)，觸點(diǎn)材料在電弧作用下的材料轉(zhuǎn)移方式變?yōu)殛帢O轉(zhuǎn)移；此外，材料在電流條件＞25A時(shí)，材料轉(zhuǎn)移量急劇變大(可達(dá)到270ng/次)。

由圖2可見(jiàn)，對(duì)應(yīng)真應(yīng)變?chǔ)?=12的反應(yīng)合成AgSnO2材料在一定的電流工作條件(＜25A)下較小(＜120ng/次)，這表明反應(yīng)合成技術(shù)制備的AgSnO2材料的材料轉(zhuǎn)移量低。材料轉(zhuǎn)移方式發(fā)生反轉(zhuǎn)的臨界電流條件為17A，當(dāng)電流條件＜17A時(shí)，AgSnO2觸頭材料在電弧作用下發(fā)生陽(yáng)極轉(zhuǎn)移，當(dāng)電流條件＞17A時(shí)，AgSnO2觸頭材料在電弧作用下材料發(fā)生陰極轉(zhuǎn)移；且材料在轉(zhuǎn)移方式發(fā)生改變以后材料轉(zhuǎn)移量明顯變大，當(dāng)電流條件＞25A后轉(zhuǎn)移量增大很快，數(shù)值上達(dá)到200ng/次。

圖3所示為對(duì)應(yīng)真應(yīng)變?chǔ)?=18的反應(yīng)合成AgSnO2材料轉(zhuǎn)移量隨電流條件的變化規(guī)律。由圖2.3可見(jiàn)，在一定的電流工作條件(≤20A)下材料轉(zhuǎn)移量較小(＜80ng/次)，這表明反應(yīng)合成技術(shù)制備的AgSnO2材料的抗電弧侵蝕性能好；AgSnO2材料的材料轉(zhuǎn)移方式轉(zhuǎn)變臨界電流值為16A，當(dāng)電流條件＜16A時(shí)，觸點(diǎn)材料在電弧作用下表現(xiàn)為陽(yáng)極轉(zhuǎn)移，當(dāng)電流條件＞16A時(shí)，觸點(diǎn)材料在電弧作用下材料轉(zhuǎn)移方式變?yōu)殛帢O轉(zhuǎn)移；材料在轉(zhuǎn)移方式發(fā)生改變以后，當(dāng)電流條件＞25A轉(zhuǎn)移量明顯變大，轉(zhuǎn)移量達(dá)180ng/次。

對(duì)比圖1、圖2及圖3，可以看出，對(duì)于反應(yīng)合成技術(shù)制備的AgSnO2材料在電流＜25A條件下，不同的材料變形量對(duì)應(yīng)的反應(yīng)合成AgSnO2材料在電弧侵蝕作用下，材料轉(zhuǎn)移量均較小，表現(xiàn)出良好的抗電弧侵蝕性能。在相同的工作條件下，不同的材料變形量所得的AgSnO2材料的材料轉(zhuǎn)移方式發(fā)生轉(zhuǎn)變的臨界條件不同，變形量越大，臨界轉(zhuǎn)移電流值越小。真應(yīng)變?chǔ)?=6的反應(yīng)合成AgSnO2材料的臨界電流值為20.5A，對(duì)應(yīng)真應(yīng)變?chǔ)?=12的AgSnO2材料的臨界電流值為17A，真應(yīng)變?chǔ)?=18的AgSnO2材料的臨界電流值為16A。這是由于隨著AgSnO2材料的材料變形量的增加，第二組分SnO2顆粒彌散程度更好，使材料的硬度增加，在電弧作用下，氣相電弧和金屬相電弧的相互轉(zhuǎn)變的臨界點(diǎn)也發(fā)生了變化，從而影響了材料轉(zhuǎn)移方式。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)對(duì)比三種不同變形量的AgSnO2材料在發(fā)生陰極轉(zhuǎn)移的材料轉(zhuǎn)移量，可以得知，對(duì)應(yīng)真應(yīng)變?chǔ)?=18的AgSnO2材料的材料轉(zhuǎn)移量更小，表現(xiàn)出更好的抗電弧侵蝕性能。這是由于隨著AgSnO2材料的變形量的增加，SnO2顆粒彌散程度更好，從而影響了氣相電弧和金屬相電弧的相互轉(zhuǎn)變。

[1]喬秀清,申乾宏等.AgSnO2電接觸材料的研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào),2013(27):1-2.

[2]陳敬超,等.合成法制備銀-二氧化錫電接觸材料[P].中國(guó):ZL99104491.6,2002.7.

[3]張志偉,陳敬超,等.大塑性變形改善反應(yīng)合成制備Ag/SnO2材料性能研究[J].稀有金屬材料與工程,2008(2):338-341.

劉方方(1982-),女,廣東東莞人,碩士,講師,主要從事材料制備及性能改善方向的研究。